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Oportunidades de Oportunidades de Racionalização de Racionalização de Consumos Parte IConsumos Parte I
Humberto JorgeHumberto Jorge
Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de ComputadoresMestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Gestão de Energia em Edifícios e na IndústriaGestão de Energia em Edifícios e na Indústria
222003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Oportunidades de Oportunidades de Racionalização de Consumos Racionalização de Consumos
Redes de distribuiçãoRedes de distribuição
Compensação do factor de potênciaCompensação do factor de potência
Controlo de consumosControlo de consumos
2003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
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Redes de distribuiçãoRedes de distribuição
Redes industriaisRedes industriais
Redução de perdasRedução de perdas
442003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Redes de distribuiçãoRedes de distribuição
Suportam a alimentação das diferentes Suportam a alimentação das diferentes cargas a partir do PTcargas a partir do PT
A transmissão de potência é feita A transmissão de potência é feita através de cabos cuja selecção e através de cabos cuja selecção e dimensionamento é essencial para o dimensionamento é essencial para o projectoprojecto
552003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Factores de escolha do tipo Factores de escolha do tipo de cabosde cabos
Tensão nominalTensão nominalCondições de utilizaçãoCondições de utilização IsolamentoIsolamento FlexibilidadeFlexibilidade Resistência a acções mecânicasResistência a acções mecânicas Resistência à corrosãoResistência à corrosão Blindagem eléctrica (Interferências)Blindagem eléctrica (Interferências) Temperatura ambienteTemperatura ambiente
662003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Perdas por efeito de Joule Perdas por efeito de Joule
P = R IP = R I22
- resistividade do condutor (- resistividade do condutor (.mm.mm22/km)/km)
SS - secção do condutor (mm - secção do condutor (mm22))
LL - comprimento do condutor (km) - comprimento do condutor (km)
S
LR
772003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Resistividade dos condutoresResistividade dos condutores
Cobre Alumínio
Resistividade a 20ºC(.mm2/m) 0.0175 0.0289
Coeficiente de variação daresistência com atemperatura (%/ºC)
0.393 0.403
A resistividade dos metais cresce com a temperatura (um aumento de 25ºC no cobre aumenta as perdas em 10%)
882003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Dimensionamento da Dimensionamento da secção dos cabossecção dos cabos
Funcionamento à corrente nominal sem Funcionamento à corrente nominal sem sobreaquecimento sobreaquecimento (protecção das canalizações)(protecção das canalizações)
Queda de tensão admissível não excedidaQueda de tensão admissível não excedida
Em regime de curto-circuito não há Em regime de curto-circuito não há sobreaquecimentosobreaquecimento
Optimização das perdas do ponto de vista Optimização das perdas do ponto de vista económicoeconómico
992003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Secção técnicaSecção técnica
O maior dos três valores encontrados O maior dos três valores encontrados definidos pelos critérios anteriores é definidos pelos critérios anteriores é designado por secção técnica do cabodesignado por secção técnica do cabo
10102003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Optimização económicaOptimização económica
Compromisso óptimo entre os encargos de exploração Compromisso óptimo entre os encargos de exploração e os encargos de investimentoe os encargos de investimento Aumento da secção do cabo:Aumento da secção do cabo:
menores perdasmenores perdas
maior investimentomaior investimento
Encargo anual associado às perdasEncargo anual associado às perdas
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1 10 aHIS
LNC
N - número de condutores percorridos pela corrent; L - comprimento do cabo (km); S - secção de um condutor (mm2); - resistividade do condutor, à temperatura de funcionamento; I - valor eficaz da corrente (A); a - custo da energia (/kWh); � H - número de horas de funcionamento por ano
11112003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Optimização económicaOptimização económica
Processo simples de estimaçãoProcesso simples de estimação Calcular secção técnica e escolher valor superiorCalcular secção técnica e escolher valor superior Avaliar tempo de recuperação de investimentoAvaliar tempo de recuperação de investimento Secção deverá ser maior se recuperação de Secção deverá ser maior se recuperação de
investimento inferior a 3-4 anosinvestimento inferior a 3-4 anos
Instalações com elevado número de horasInstalações com elevado número de horas SSEE superior a S superior a STT (às vezes atinge valores 4x superior)(às vezes atinge valores 4x superior)
Vantagem adicional de um aumento de secção: Vantagem adicional de um aumento de secção: diminuição das quedas de tensãodiminuição das quedas de tensão
12122003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Localização do ponto de Localização do ponto de distribuição de potência (QG/PT)distribuição de potência (QG/PT)
Fora do centro de gravidade das cargas
Situação mais desfavorável: U = 4,26% , Perdas = 885 W, L = 245 m
No centro de gravidade das cargas
Situação mais desfavorável: U = 1,51%, Perdas = 368 W, L = 198m
13132003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Perdas nos transformadoresPerdas nos transformadores
Perdas no ferro Perdas no ferro (correntes de magnetização)(correntes de magnetização) Correntes de FoucaultCorrentes de Foucault Perdas por histeresePerdas por histerese
Perdas no cobre (dependem da carga)Perdas no cobre (dependem da carga)
Rendimento actuais são elevados (>95%)Rendimento actuais são elevados (>95%)
14142003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Perdas nos transformadoresPerdas nos transformadores
15152003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Rendimento dos transformadoresRendimento dos transformadores
16162003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Variação do rendimento e das perdas Variação do rendimento e das perdas num transformador de potêncianum transformador de potência
90919293949596979899
100
0% 10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%10
0%11
0%12
0%
Carga (%)
Rendim
ento
(%
)
00,511,522,533,544,55
Perd
as
(%)
Perdas
Rendimento
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Compensação do Compensação do factor de potênciafactor de potência
Penalização tarifáriaPenalização tarifária
Redução de perdas nas redesRedução de perdas nas redes
18182003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Potência reactivaPotência reactiva
Conceitos básicosConceitos básicos
Factor de potênciaFactor de potência
Factores de potência dos receptores mais Factores de potência dos receptores mais usuaisusuais
Efeitos da energia reactiva nas redes Efeitos da energia reactiva nas redes eléctricaseléctricas
Compensação do factor de potênciaCompensação do factor de potência
19192003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Conceitos básicosConceitos básicos
Corrente absorvida pelas cargasCorrente absorvida pelas cargas Componente activa Componente activa (em fase com a tensão)(em fase com a tensão)
Componente reactiva Componente reactiva (atrasada de 90º em relação à tensão)(atrasada de 90º em relação à tensão)
Potência activaPotência activa P = VP = Vefef xx I Iefef xx Cos Cos (W) (W)
Potência ReactivaPotência Reactiva Q = VQ = Vefef xx I Iefef xx Sin Sin (VAr) (VAr)
Potência AparentePotência Aparente S = VS = Vefef xx I Iefef (VA) (VA)
20202003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Efeitos da energia reactivaEfeitos da energia reactiva
Aumentos das perdas na redeAumentos das perdas na redeRedução da vida útil dos equipamentos Redução da vida útil dos equipamentos (dispositivos de comando)(dispositivos de comando)
Penalizações tarifárias Penalizações tarifárias Subutilização da capacidade instaladaSubutilização da capacidade instalada Transformador de maior potênciaTransformador de maior potência Aparelhagem sobredimensionadaAparelhagem sobredimensionada
Cabos de maior secçãoCabos de maior secção
21212003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Aumento das perdasAumento das perdas
22222003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Cabos de maior secçãoCabos de maior secção
23232003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Principais responsáveis pelo Principais responsáveis pelo consumo de energia reactivaconsumo de energia reactiva
Motores eléctricosMotores eléctricos
Equipamento de iluminação (balastros)Equipamento de iluminação (balastros)
TransformadoresTransformadores
Soldadura eléctricaSoldadura eléctrica
Equipamento de rectificação com Equipamento de rectificação com semicondutoressemicondutores
Forno de InduçãoForno de Indução
24242003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Tipo de Equipamento Factor de PotênciaSistemas de Bombagem 0,5 a 0,85Sistemas de Ventilação 0,3 a 0,6
Sistemas de Ar Condicionado 0,6 a 0,8Elevadores 0,7 a 0,9
Iluminação Fluorescente não compensada 0,4 a 0,5Iluminação Fluorescente compensada 0,7 a 0,8
Valores típicos do factor de potência
25252003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Factor de potência dos Factor de potência dos Motores de induçãoMotores de indução
Característica construtiva Característica de utilização
26262003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Cálculo da potência de Cálculo da potência de CompensaçãoCompensação
1
1
S
PCos
111 tgPQ
212 tgPQ
)( 21121 tgtgPQQQC
27272003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Formas de compensaçãoFormas de compensação
IndividualIndividual
Por grupos de receptoresPor grupos de receptores
GeralGeral
Combinada, utilizando conjuntamente os Combinada, utilizando conjuntamente os métodos anterioresmétodos anteriores
28282003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Compensação individualCompensação individual
VantagensVantagens Reduz perdas em toda a instalaçãoReduz perdas em toda a instalação Diminui a carga sobre os circuito de alimentaçãoDiminui a carga sobre os circuito de alimentação Melhora níveis de tensãoMelhora níveis de tensão
DesvantagensDesvantagens Despesas maiores de instalaçãoDespesas maiores de instalação Difícil de ajustar potências de compensação para as Difícil de ajustar potências de compensação para as
potências disponíveispotências disponíveis
29292003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Compensação combinadaCompensação combinada
30302003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Compensação com regulação Compensação com regulação automáticaautomática
31312003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Exemplo:
WC = 4.175.658 kWh; WP = 1.722.683 kWh;
RC = 3.641.256 kVAr
cosf = (WC+ WP) / ((WC+ WP)2 + RC2)1/2 = 0,85
Medida: Correcção do factor de potência p/ 0,95
Redução de custos = 18300 euros/ano
Investimento = 12500 euros/ano
pay-back = 8 meses
Controlo do Factor de Potência
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Controlo de consumosControlo de consumos
Desvios de consumoDesvios de consumo
Limitação da pontaLimitação da ponta
33332003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Desvio de ConsumosDesvio de Consumos
Gestão do arranque e paragem de cargas Gestão do arranque e paragem de cargas em função da hora do diaem função da hora do dia
Transferir consumos de horas de ponta Transferir consumos de horas de ponta para horas cheias e/ou horas de vazio.para horas cheias e/ou horas de vazio.
Armazenamento de energiaArmazenamento de energia
34342003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Redução nos custos de PRedução nos custos de PHPHP
Por cada kWh deslocado para foras das Por cada kWh deslocado para foras das horas de ponta corresponde a uma horas de ponta corresponde a uma redução de:redução de:
(1/120)* 7,770 = 0,0648 Euros(*)(1/120)* 7,770 = 0,0648 Euros(*)
(*) Considerando a opção tarifária MT, MU, ciclo diário (2004)(*) Considerando a opção tarifária MT, MU, ciclo diário (2004)
35352003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Redução da PontaRedução da Ponta
Gestão do arranque e paragem de cargasGestão do arranque e paragem de cargas
Controlo automático de pontaControlo automático de ponta
Armazenamento de energiaArmazenamento de energia
36362003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Meios de Controlo de consumos Meios de Controlo de consumos e diminuição da pontae diminuição da ponta
diferimento temporal de utilizações de diferimento temporal de utilizações de electricidadeelectricidade
controlo automático de consumoscontrolo automático de consumos
armazenamento de energia armazenamento de energia
37372003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Interruptores horáriosInterruptores horáriossem calendário, os esquemas de comutação sem calendário, os esquemas de comutação continuam válidos nos feriadoscontinuam válidos nos feriadosfalhas de alimentação obrigam a reprogra-falhas de alimentação obrigam a reprogra-mação (se não houver salvaguarda por mação (se não houver salvaguarda por bateria)bateria)número limitado de ciclos de comutaçãonúmero limitado de ciclos de comutaçãofalta de flexibilidade para coordenação de falta de flexibilidade para coordenação de acçõesacçõesfalta de flexibilidade para adaptação a novas falta de flexibilidade para adaptação a novas condições de utilização da energia eléctricacondições de utilização da energia eléctrica
38382003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Cargas elegíveis para controloCargas elegíveis para controlo
com constante de tempo elevadacom constante de tempo elevada
as que não funcionam ininterruptamenteas que não funcionam ininterruptamente
equipamento não essencialequipamento não essencial
exemplos:exemplos: aquecedores de água, aparelhos de de ar aquecedores de água, aparelhos de de ar
condicionado, iluminação não essencial, condicionado, iluminação não essencial, aquecedores de ambiente, carregadores de aquecedores de ambiente, carregadores de baterias, moinhos, fornos de indução, equipamento baterias, moinhos, fornos de indução, equipamento de refrigeração, compressores, ventiladores, de refrigeração, compressores, ventiladores, separadores electrolíticos, etc..separadores electrolíticos, etc..
39392003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Armazenamento de energiaArmazenamento de energia
fora do vaziovazio vazio
Consumoadicional paraarmazenamento
consumoevitado
diagrama semarmazenamento
diagrama comarmazenamento
kW
h
Consumoadicional paraarmazenamento
........
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40402003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
ArmazenamentoArmazenamento
AplicaçõesAplicações aquecimento de águaaquecimento de água
directodirecto
indirectoindirecto aquecimento ambienteaquecimento ambiente arrefecimento ambientearrefecimento ambiente
Exige opções tarifárias adequadasExige opções tarifárias adequadas
41412003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
ArmazenamentoArmazenamentoExº climatizarão aquecimentoExº climatizarão aquecimento
42422003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Comparação de sistemas de armazenamentoComparação de sistemas de armazenamento
43432003/042003/04 MEEC - Gestão de Energia em EdifícioMEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústrias e na Indústria
Comparação de DiagramasComparação de Diagramas